[发明专利]视频水印的系数修改

说明书

技术领域

本发明涉及对视频内容加水印，更具体地，涉及在数字电影应用中嵌入并检测水印。

背景技术

视频包含空间和时间轴。可以在空间域或在变换域中表示图像(以及类似的视频帧)。在空间域(也称为‘基带’域)中，将图像表示为像素值的栅格。可以根据空间域图像的数学变换来计算像素化(即，离散)的图像的变换域表示。通常，该变换优选是可逆的，或者是至少没有明显信息丢失的可逆的。存在多个变换域，最熟悉的是FFT(快速傅立叶变换)、用于JPEG压缩算法中的DCT(离散余弦变换)和用于JPEG2000压缩算法中的DWT(离散小波变换)。在变换域中表示内容的一个优点在于，通常可以使该表示比类似感知质量的基带表示更加紧凑。存在将水印嵌入基带以及变换域中的加水印方法。

视频或视频图像使其自身应用各种加水印方式。可以基于选择用于加水印的视频的空间结构、时间结构、还是整体三维结构将这些视频水印方式分为三类。

空间视频加水印算法通过使用现有图像加水印算法的逐帧标记，将对静态图像加水印扩展至对视频加水印。在现有技术中，逐帧水印是在特定间隔上在每帧内进行重复，其中该间隔是任意的，并且可以是多达整个视频的若干帧。在检测器侧，有利地，功率信噪比(PSNR)在多个连续帧上重复相同的水印。然而，如果每个帧具有相同的水印图案，则必须保持特别关注，以避免可能的帧冲突攻击。另一方面，如果每帧改变水印，则难以检测，同时导致颤动(flicker)的伪像，并仍易于受到视频稳定区域中的冲突攻击。

作为改进，没有必要每帧加水印。在现有技术中，仅对自动选择的“关键帧”(以及该关键帧周围的若干帧)加水印。关键帧是在两个边界镜头帧之间发现的稳态帧，并且甚至在帧率改变之后再次是可靠的。仅对关键帧加水印不但减小了对保真度限制的压力，而且还可以导致更多的安全性和更小的计算强度。

尽管空间域水印可以从对于几何变换是稳健的静态图像水印技术(例如使用几何不变水印、或者以平铺图案复制水印、或者使用傅立叶域中的模板)中受益，但是由于在投射电影的便携式摄像机捕获的过程中出现的屏幕弯曲和几何变换而难以倒转。此外，这两种方式并不能抵御信号处理攻击，例如，可能容易地删除傅立叶域中的模板。因此，如果使用原始内容进行登记，可以更容易和安全地检测到空间域水印。在现有技术中，使用半自动登记方法，该方法将原始帧中的特征点与所提取的帧中的特征点相匹配。针对平面屏幕上的投射，必须匹配最少四个参考点以倒转该变换。操作者从预先计算的特征点集中手动选择至少四个特征点。可以完全自动地进行两级登记：首先在时间域中，然后在空间域中。通过水印检测器访问帧签名的数据库(也称为指纹、软散列或消息摘要)，以将所提取的关键帧与相应的原始帧相匹配。然后将后者用于测试帧的自动空间登记。

然而，应当注意，选择关键帧的计算需要即将到来的帧，这在针对实时应用嵌入水印时并不可用。可选方法将会是保持帧处理和回放之间的恒定时间延迟。

现有技术的时间水印方案仅通过改变每帧中的整体亮度，使用时间轴插入水印。这使水印对于几何失真有着固有的稳健性，并在便携式摄像机攻击之后简化水印。可以使用本领域已知的其他方法来提高水印对时间低通滤波的稳健性(典型地在对摄像后的视频去颤动时应用)。然而，水印对于时间去同步来说是脆弱的(尤其在帧编辑之后)。然而，也可以通过匹配去同步和原始视频之间的关键帧来恢复同步。

两种先前的方式(空间或时间水印)使用三个可用维中的一个或两个来加水印。视频中的三个可用维中的一个或两个中的水印结构的缺乏导致了对可用于水印的空间的不最适宜的使用。Bloom等在美国专利号6,885,757“用于提供非对称水印载体的方法和设备”中描述的方法完全利用了视频的结构。在它们的扩谱方法中，该技术是明显稳健并安全的，但是检测器必须在检测前使测试视频与原始视频同步。

发明内容

本发明的一方面涉及在连续帧或单个帧内伪随机地插入特定系数属性值之间的基于限制的关系。该关系对水印信息进行编码。

‘系数’被表示为数据元素集合，该数据元素集合包含视频、图像或音频数据。术语“内容”将被用作表示数据元素的任意集合的通用术语。如果内容在基带域中，则系数将表示“基带系数”。如果内容在变换域中，则系数将表示为“变换系数”。例如，如果在空间域中表示图像或视频的每个帧，则像素是图像系数。如果在变换域中表示图像帧，则变换后图像的值是图像系数。